Eine Studie veröffentlicht im Zeitschrift für Chemieingenieurwesen beschreibt eine Strategie zur Herstellung eines Materials auf der Basis von Zinkoxid (ZnO), das in der Lage ist, Sertralin abzubauen, ein Antidepressivum, das wie andere Medikamente weltweit im Grundwasser nachgewiesen wurde und als neu auftretender Schadstoff gilt. Diese Art von Substanz weist bestimmte physikalisch-chemische Eigenschaften auf, die eine Entfernung durch herkömmliche Abwasserbehandlungsmethoden behindern.
Die Forschung wurde in Brasilien von Wissenschaftlern des Zentrums für die Entwicklung funktioneller Materialien (CDMF), der Brasilianischen Agrarforschungsgesellschaft (EMBRAPA), der Bundesuniversität Alfenas (UNIFIL) und der Bundesuniversität Paraíba (UFPB) durchgeführt.
Die im Artikel beschriebene Strategie umfasste das experimentelle Design und die mikrowellenunterstützte Solvothermalsynthese (MASS) zur Herstellung hierarchischer 3D-ZnO-Photokatalysatoren, die Sertralin mit hoher Effizienz in nur zehn Minuten abbauen können.
Um die physikalisch-chemischen und photokatalytischen Eigenschaften der Materialien mit den untersuchten Synthesebedingungen zu korrelieren, setzten die Forscher die bisher in der Materialsynthese kaum eingesetzte Hauptkomponentenanalyse (PCA) ein. Die Ergebnisse zeigten, dass chemometrische Werkzeuge hervorragende Ergebnisse bei der Untersuchung synthetischer Systeme liefern, die große Mengen experimenteller Daten generieren.
Es wurden die Proben mit dem größten Potenzial für eine Umweltsanierung identifiziert. Die photokatalytische Aktivität von 3D-ZnO baute einen organischen Farbstoff und den entstehenden Schadstoff Sertralin in natürlichem Wasser effizient ab. Die Ergebnisse bestätigten, dass das 3D-ZnO Lichtenergie (Ultraviolett A und C) absorbierte, um eine effiziente Photooxidation des Wassers zu fördern und oxidierende Spezies zu erzeugen, die organische Verunreinigungen abbauen.
Die Abbauleistung blieb in bis zu fünf Anwendungszyklen hoch, wobei die Kristallstruktur, Morphologie und andere Eigenschaften erhalten blieben, während Phytotoxizitätstests zeigten, dass beim Sertralin-Abbauprozess gebildete Nebenprodukte für die getesteten Organismen nicht toxisch waren, was die Sicherheit des Photokatalysators für Abwasser bestätigte Behandlung.
Die Studienergebnisse konkurrierten mit anderen in der Literatur berichteten Materialien und zeigten, dass die unter vorteilhaften synthetischen Bedingungen gewonnenen Materialien einen echten Weg zur Entwicklung neuartiger Technologien zur Umweltsanierung von neu auftretenden Schadstoffen in natürlichen Gewässern bieten.
Laut Ailton Moreira, Forscher am CDMF und korrespondierender Autor des Artikels, führe die unsachgemäße Entsorgung von Arzneimitteln zu einer weit verbreiteten Kontamination, fügte er hinzu und verwies auf die aktuelle Relevanz des Themas angesichts der Risiken für die menschliche Gesundheit und die Umwelt.
Die Wahl von Sertralin sei von Bedeutung, erklärte er, da die Zahl der Studien, die die Anwendung heterogener Photokatalyse für den Sertralin-Abbau beinhalteten, sehr begrenzt sei und die Forscher bei der Durchsicht der Literatur keine über die Verwendung von ZnO für diesen Zweck fanden.
Zu den nächsten Schritten gehört die Analyse der Leistung des Photokatalysators in realen Abwasseraufbereitungssystemen, um festzustellen, ob er Sertralin und andere neu auftretende Schadstoffe einzeln oder in komplexeren Gemischen wie Krankenhaus- oder häuslichem Abwasser, das von Kläranlagen verarbeitet wird, abbaut. Diese und andere Forscher planen, sich auf eine staatliche Kläranlage in Gavião Peixoto in São Paulo zu konzentrieren.
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Thalles EM Silva et al, Hierarchische Struktur von 3D-ZnO, experimentell entwickelt, um eine hohe Leistung bei der Sertralin-Photokatalyse in natürlichen Gewässern zu erreichen, Zeitschrift für Chemieingenieurwesen (2023). DOI: 10.1016/j.cej.2023.146235